Материал: Методы измерения температуры в нефтегазовом оборудовании. Булыгин Ю.А., Скуфинский А.И

Термопара ТНН стандартизирована в России.

3.1.5Кабельные термоэлектрические преобразователи

3.1.5.1В настоящее время широкое распространение в мире, в т.ч. в России, получили термопарные кабели, представляющие собой пару термоэлектродов, помещенную внутрь металлической трубки и изолированную от нее уплотненным плавленым порошком MgO – периклазом [3].

Рисунок 1. Общий вид кабельной термопары

3.1.5.2В России выпускают термопарный кабель двух типов – КТМС-ХА и КТМС-ХК диаметром от 1 до 7,2 мм. Оболочка кабеля изготовлена из нержавеющей стали или жаростойкой стали или сплава. Общий вид кабельной термопары представлен на рисунке 1. Термоэлектроды термопары со стороны рабочего торца сварены между собой лазерной сваркой и образуют рабочий спай внутри стальной оболочки термопарного кабеля. Рабочий торец заглушен приваренной стальной пробкой. Свободные концы термоэлектродов подключаются к клеммам головки термопреобразователя или компенсационным проводам.

3.1.5.3Применение кабельных термопреобразователей позволяет достичь существенных преимуществ по сравнению

стермопарами традиционного исполнения:

26

-повышенные в 2…3 раза термоэлектрическая стабильность и рабочий ресурс при сравнимых рабочих условиях;

-возможность изгибать, укладывать в труднодоступные места, в кабельные каналы, приваривать, припаивать или просто прижимать к поверхности для измерения ее температуры, при этом монтажная длина может достигать 60…100 метров;

-малый показатель тепловой инерции кабельных термопреобразователей позволяет применять их при регистрации быстропротекающих процессов;

-блочно – модульное исполнение термопреобразователей в защитных чехлах обеспечивает дополнительную защиту термоэлектродов от воздействия рабочей среды и возможность оперативной замены чувствительного элемента;

-универсальность применения в различных условиях эксплуатации, хорошая технологичность, малая материалоемкость.

3.1.5.4 Сравнительные испытания термопар [3] показали, что дрейф термоЭДС кабельной термопары КТХА наруж-

ным диаметром 3 мм (диаметр термоэлектродов 0,65 мм) при температуре 800оС за 10000 часов составляет примерно 100 мкВ, тогда как у обычной термопары ТХА с термоэлектродами диаметром 3,2 мм дрейф достигает 120 мкВ, а при диаметре электродов 0,7 мм он превышает 200…250 мкВ при тех же ус-

ловиях. Дрейф термоЭДС кабельных термопар в оболочке из высоконикелевых сплавов при 980оС также вдвое меньше, чем дрейф показаний обычной термопары при той же температуре за 5000 часов. Как уже отмечалось, дрейф проволочной термо-

пары ТХА с электродами диаметром 3,2 мм при температуре 1077оС достигает 300 мкВ за 800 часов, а при температуре 1200оС – за 300 часов. Повышенная стабильность кабельных термопар объясняется затруднением окисления термоэлектродов из-за ограниченного количества кислорода внутри кабеля,

атакже дополнительной защитой термоэлектродов от воздей-

27

ствия рабочей среды с помощью металлической оболочки и оксида магния.

3.1.5.5При работе в потоках жидкости или газа, двигающихся с большой скоростью, а также при высоких давлениях и температурах, в агрессивных средах, кабельные термопреобразователи помещаются в защитные чехлы (гильзы), предохраняющие их от изгибов и разрушений, и служат в качестве сменных чувствительных элементов. Защитные чехлы имеют типовые габаритные размеры.

При этом термопреобразователи блочно – модульного исполнения, сохраняя все преимущества кабельных, приобретают следующие достоинства:

- возможность оперативной замены чувствительного элемента без демонтажа защитного чехла;

- возможность одновременной поверки большого числа преобразователей вследствие малогабаритности демонтируемых кабельных чувствительных элементов;

- удешевление последующих поставок, так как при необходимости, заменять можно только наружный чехол или только чувствительный элемент.

3.1.5.6Чехлы для термопреобразователей высокотемпе-

ратурного исполнения, работающих при температурах до 1100оС, изготавливаются из жаростойких сталей и сплавов. Рабочий ресурс высокотемпературных кабельных преобразователей блочно – модульного исполнения также превосходит ресурс термопреобразователей с проволочным чувствительным элементом, хотя диаметр термоэлектродов в кабеле не превышает 1 мм, тогда как проволочные термоэлектроды высокотемпературного исполнения обычно имеют диаметр 3,2 мм.

3.1.5.7Определяющим фактором для обеспечения рабочего ресурса кабельного термопреобразователя блочно – модульного исполнения является полная герметичность и высокая жаростойкость защитного чехла. В этом случае имеющейся внутри чехла кислород «выгорает» в течение первых

28

часов эксплуатации, далее кабельный чувствительный элемент работает в газовой среде, близкой к инертной, что резко тормозит процесс диффузии кислорода через оболочку кабеля к термоэлектродам. Термоэлектроды в этом случае защищены от воздействия рабочей среды двойной оболочкой – кабеля и защитного чехла.

По этому пути производства термопреобразователей пошли ведущие мировые производители: ABB Automation Products (Германия), JUMO (Германия), Auxitroll (Франция),

OMEGA Engineering (США), Ari Industries (США),OKAZAKI Manufacturing (Япония) и другие.

3.1.6Защитная арматура термопреобразователей

3.1.6.1Защитные газонепроникаемые чехлы

термопреобразователей существенно расширяют диапазон применения термопар в агрессивных средах и увеличивают их ресурс. На рисунке 2 показаны защитные чехлы и гильзы,

применяемые для расширения диапазона применения термопар. Для температур до 800оС применяются чехлы из нержавеющей стали типа Х18Н10Т или 10Х17Н13М2Т (повышенная стойкость к межкристаллической коррозии), при более высоких температурах использовалась, в основном, ферритная

сталь 15Х25Т с температурой интенсивного окалинообразования 1050оС, которая имеет ограниченную свариваемость и склонна к охрупчиванию в диапазоне 450…850оС.

29